基于稀土熒光粉的傳統(tǒng)色轉(zhuǎn)換LED器件發(fā)射光譜較寬,色域限制在約90%NTSC以內(nèi),顯示效果難以有進一步的突破。采用量子點等新型發(fā)光材料制成的LED器件,通過色轉(zhuǎn)換過程可實現(xiàn)紅、藍及綠波段較窄的發(fā)射半波寬（<20 nm）,色域超過120%NTSC,被視為下一代最有潛力的顯示技術(shù)之一。目前,量子點LED器件仍缺乏有效的理論模型指導(dǎo)封裝設(shè)計,在色轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及其與芯片集成方面仍普遍沿用傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu),難以與量子點光熱特性匹配,限制了器件發(fā)光效率與穩(wěn)定性的提升。本文針對量子點LED器件封裝發(fā)光效率低與穩(wěn)定性差等亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難題,圍繞器件建模、封裝設(shè)計理論、高效色轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)封裝協(xié)同制備、封裝結(jié)構(gòu)光熱耦合優(yōu)化等開展研究。主要研究內(nèi)容如下:（1）研究了量子點LED器件的建模理論,提出全光譜穩(wěn)態(tài)迭代光學(xué)模擬方法,突破了傳統(tǒng)LED雙特征波長模擬方法無法考慮無窮迭代重吸收過程的局限,為量子點LED器件封裝設(shè)計與理論研究提供了可能;（2）基于上述模型研究了量子點LED器件的封裝光學(xué)機理,首次結(jié)合理論與實驗揭示了重吸收效應(yīng)與團聚誘導(dǎo)散射（AIS）效應(yīng)是導(dǎo)致封裝器件發(fā)光效率低下的重要因素,為量子點LED器件... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：210 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

商業(yè)化LED芯片的表面粗糙形貌；（a）ITO表面；（b）藍寶石表面；（c）藍寶石側(cè)面[23]

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文4圖1-2熒光建模過程示意圖[28]Fig.1-2Thediagramoftheprocessforphosphormodeling[28]1.2.2色轉(zhuǎn)換LED器件光功能結(jié)構(gòu)研究光子從LED芯片量子阱發(fā)出，需經(jīng)過多層高折射率材料以后才能逃逸離開器件，在各層界面處由于折射率差異存在強烈的全反射、菲涅爾反射[43]，這部分反射光線會被基板、色轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)等封裝元件吸收耗散轉(zhuǎn)換為熱量，降低LED器件發(fā)光效率。光功能結(jié)構(gòu)在封裝器件內(nèi)主要分為表面結(jié)構(gòu)與功能粒子結(jié)構(gòu)，是獲得高性能LED器件的關(guān)鍵。（1）表面結(jié)構(gòu)芯片光出射面材料的折射率均遠大于空氣，導(dǎo)致光出射界面處發(fā)生嚴重的內(nèi)全反射現(xiàn)象。例如，芯片光出射面為GaN材料時（折射率~2.43），與空氣折射率具有巨大差異，導(dǎo)致僅有4%從量子阱產(chǎn)生的光子可以直接逃逸離開芯片[43]。顯然，越多的光子從芯片提取到色轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，越有利于增加色轉(zhuǎn)換概率，改善LED器件的發(fā)光性能。因此，提升芯片取光效率（光子逃逸到自由空間數(shù)目占總光子生成數(shù)目的比值）尤為重要。在早期，學(xué)者主要在芯片底部制造DBR、ODR等反射結(jié)構(gòu)來減少芯片材料對光線的吸收。但上述結(jié)構(gòu)需要通過外延生長工藝精確控制結(jié)構(gòu)內(nèi)部各層厚度，生產(chǎn)設(shè)備昂貴且維護成本高，大幅增加了外延片的成本。因此，在商業(yè)化芯片中，常用濺射或蒸鍍等方法制備銀層作為反射結(jié)構(gòu)[44]，并在銀與GaN層之間插入結(jié)構(gòu)來增強兩者的結(jié)合力及反射率。Kim等人[45]將納米柱狀I(lǐng)TO層插入GaN與銀層之間增強兩者結(jié)合力，并進一

刻蝕制備，促使PSS成為研究與產(chǎn)業(yè)的熱點。大量的研究工作圍繞PSS的圖形結(jié)構(gòu)展開。Feng等人[48]利用粒子束刻蝕制備出4μm寬，600nm深，間距6μm的溝槽結(jié)構(gòu)PSS，提升取光效率20%。Cuong等人[49]利用濕法刻蝕制備出5μm尺度正四面體陣列結(jié)構(gòu)，提升取光效率1.5倍。Huang等人[50]對錐狀及金字塔結(jié)構(gòu)的斜角進行優(yōu)化，分別在25°-60°及20°-70°時對芯片取光有較大提升作用。Ke等人[22]利用陽極氧化鋁掩刻蝕膜版在傳統(tǒng)微米級尺度錐狀PSS上制備出納米尺度粗糙形貌，增加了PSS的漫反射強度，在360mA注入電流條件提升光功率22.3%，如圖1-3所示。圖1-3（a）原始PSS與（b）復(fù)合PSS的掃描電鏡形貌[22]Fig.1-3Top-viewscanningelectronmicroscope(SEM)imagesof(a)bare-PSSand(b)hybrid-PSS[22]另一方面，Liu等人[51]通過調(diào)整Mg摻雜p-GaN外延生長溫度，發(fā)現(xiàn)在800°C時可獲得粗糙形貌的p-GaN層，使取光效率提升高達80%，但由于低溫環(huán)境生長導(dǎo)致芯片漏電嚴重，無法滿足可靠性要求。但該研究促使更多人關(guān)注GaN表面粗糙結(jié)構(gòu)對取光的影響，并采用其它方法實現(xiàn)GaN表面結(jié)構(gòu)的制備。Huang等人[52]采用濕法刻蝕方法在p-GaN層制備納米尺度粗糙結(jié)構(gòu)，提升取光效率40%。但由于p-GaN層厚度較薄，限制


本文編號：3380084